Question

17．某市对大气进行监测，发现该市首要污染物为可吸入颗粒物PM₂₅（直径小于等于2.5μm的悬浮颗粒物），其主要来源为燃煤、机动车尾气等．因此，对PM₂₅、SO₂、NO_x等进行研究具有重要意义．请回答下列问题：
（1）为减少SO₂的排放，常采取的措施有：
①将煤转化为清洁气体燃料．
已知：H₂（g）+$\frac{1}{2}{O_2}（g）={H_2}$O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1
C（s）+$\frac{1}{2}{O_2}$（g）=CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ/mol．
②洗涤含SO₂的烟气．以下物质可作洗涤剂的是ab．
a．Ca（OH）₂      b．Na₂CO₃       c．CaCl₂ d．NaHSO₃
（2）汽车尾气中NOx和CO的生成及转化
①已知汽缸中生成NO的反应为：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0若1mol空气含0.8molN₂和0.2molO₂，1300°C时在密闭容器内反应达到平衡，测得NO为8×10^-4mol．计算该温度下的平衡常数K≈4×10^-6．
汽车启动后，汽缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是该反应是吸热反应，温度升高，反应速率加快，平衡向正方向移动，单位时间内产生的NO多．
②汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO（g）═2C（s）+O₂（g）已知该反应的△H＞0，简述该设想能否实现的依据：不能实现，因为该反应的△H＞0，△S＜0，所以△H-T△S＞0．
③目前，在汽车尾气系统中装置催化转化器可减少CO和NO的污染，其化学反应方程式为2XCO+2N0_X 2XCO₂+N₂．

Answer 1

分析 （1）①利用盖斯定律，通过已知热化学方程式运算得目标热化学方程式；
②依据二氧化硫的性质：是一种酸性氧化物可以和碱反应，二氧化硫溶于水得亚硫酸，酸性强于碳酸，所以可以和碳酸钠溶液反应；
（2）①列三段表示出各种物质平衡时的浓度，带入平衡常数表达式；N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，该反应是吸热反应，温度升高，反应速率加快，平衡向正方向移动，单位时间内产生的NO多；
②利用反应能否自发进行的判据△H-T△S；
③CO和NOx在催化剂的作用下发生氧化还原反应生成无毒的二氧化碳和氮气．

解答 （2）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂0 （g）△H=-241.8kJ•mol^-1 ①
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO （g）△H=-110.5kJ•mol^-1②
利用盖斯定律将方程式变形：②-①得 C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ/mol，
故答案为：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ/mol；
②二氧化硫是酸性氧化物所以具有酸性氧化物的通性能够与碱反应：SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃↓+H₂O；
二氧化硫水溶液是亚硫酸所以也能够与碳酸钠反应：SO₂+Na₂CO₃=Na₂SO₃+CO₂↑所以可以用氢氧化钙溶液和碳酸钠溶液做洗涤剂；
二氧化硫与氯化钙溶液不反应，且在亚硫酸氢钠溶液中的溶解度很小，所以不能用氯化钙和亚硫酸氢钠溶液做洗涤液，
故答案为：ab；
（3）①设反应容器的体积是aL
根据题意得：
               N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
初始浓度       $\frac{0.8}{a}$     $\frac{0.2}{a}$         0

转化浓度   $\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$  $\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$   $\frac{8×1{0}^{-4}}{a}$，

平衡浓度 $\frac{0.8}{a}$-$\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$$\frac{0.2}{a}$-$\frac{4×1{0}^{-4}}{a}$$\frac{8×1{0}^{-4}}{a}$
将各种物质的浓度带入表达式 得K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）c（{O}_{2}）}$≈4×10^-6，
故答案为：4×10^-6；
汽缸中发生的化学反应：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，这是个吸热反应，温度升高，反应速率加快，平衡向正方向移动，单位时间内产生的NO多，
故答案为：该反应是吸热反应，温度升高，反应速率加快，平衡向正方向移动，单位时间内产生的NO多；
②2CO（g）=2C（s）+O₂（g）是一个熵值减小的反应即：△S＜0，同时又是一个△H＞O，所以△H-T△S一定大于0，所以任何条件下不能自发进行，
故答案为：不能实现，因为该反应的△H＞0，△S＜0，所以△H-T△S＞0；
③CO和NOx在催化剂发生反应：2XCO+2N0_X 2XCO₂+N₂，故答案为：2XCO+2N0_X 2XCO₂+N₂．

点评 本题考查了pH值的计算、盖斯定律求反应热、化学平衡常数的计算、反应进行方向的判断，题目综合性非常强，涉及知识点多，难度中等，同时又结合了环境的污染和治理，题目又比较新颖，是高考的热门话题，解题时应该结合相应的知识，认真解答．